Планета Земля постепенно нагревается. Кроме того, численность населения на ее территории неуклонно растет. В условиях глобального потепления фермеры сталкиваются с двумя большими проблемами. Во-первых, посевы должны выдерживать более сухие, горячие климатические условия, а во-вторых людям нужно все больше и больше натуральных продуктов. Подобные обстоятельства требуют по-настоящему серьезных решений.

На этой неделе исследователи объявили о том, что нашли способ повысить продуктивность урожая на генетическом уровне, позволяя растению гораздо эффективнее использовать солнечную энергию. Ученые надеются, что это поможет фермерам удовлетворить потребности постоянно растущего населения.

«Наша цель состоит в том, чтобы оказать поддержку сельскому хозяйству во всем мире», говорит Кришла Ньоджи, один из исследователей, участвующих в проекте.

Для повышения урожайности, ученые для начала должны были преодолеть естественные защитные механизмы растений. Когда растение получает больше света, чем необходимо для успешного фотосинтеза, его клетки инициируют процесс нефотохимического тушения флуоресценции хлорофилла (NPQ), который позволяет им выделять избыток энергии в виде тепла, чтобы избежать перегрева.

Когда солнце уходит с небосклона и растения снова оказываются в тени, NPQ замедляется, но это занимает время, на протяжении которого фотосинтез тоже идет очень медленно.

Механизм, который растения получили в течение эволюции, помогает им эффективно справлять с тяжелыми климатическими условиями в дикой природе, но современное сельское хозяйство мало похоже на дикие джунгли или саванны. Для него нефотохимическое тушение скорее недостаток, который снижает показатели урожайности, ведь чем больше энергии, тем больше в плодах растений сахаров и полезных микроэлементов, а значит тем выше их энергетическая ценность и вкусовые качества. Поэтому ученые решили изменить NPQ и позволить растениям поглощать больше фотонов.

Механизм естественной защиты растений от избытка солнечной энергии. Когда УФ-излучение становится слишком интенсивным, клетки растений начинают выделять излишки энергии в виде тепла, избегая таким образом перегрева. Проблема в том, что пока система защиты действует, фотосинтез идет весьма медленно.

В результате команда исследователей из нескольких институтов нашла способ подправить гены, связанные с NPQ в растениях Табака обыкновенного (лат. Nicotiana tabacum), таким образом, чтобы они замедляли процесс тушения намного быстрее в период, когда растение находится в тени.

Эти изменения привели к увеличению продукции 3 белков, которые как раз и ускоряют восстановление фотосинтеза после тушения. Благодаря этому, эффективность фотосинтеза была повышена на 15%.

Означает ли это, что теперь мы будем получать на 15% больше урожая табака? Нет. По словам Ньоджи, выбор на табак пал лишь потому, что его легко культивировать в лабораторных условиях и он выращивается так же активно, как и продовольственные культуры. Текущий эксперимент по сути лишь доказательство того, что методика ученых работает.

Поскольку команда имеет дело с генами и белками, которые имеются у всех растений, методику генетического улучшения можно применять и к другим сельскохозяйственными культурам. Так что, если испытания на них пройдут успешно, в будущем новый метод может быть использован во всем мире, что значительно увеличит показатели урожайности и поможет растениям справляться с жарой и засухой.